Изчерпателно ръководство за контрол на температурата при ултразвукова обработка

Контролът на температурата при ултразвукова обработка и сонохимични реакции е от съществено значение за запазване на целостта на пробите, защита на термочувствителните съединения, оптимизиране на реакционните условия, осигуряване на равномерна ултразвукова обработка и повишаване на общата безопасност. Всички цифрови модели ултразвукови апарати на Hielscher се доставят с температурен сензор с щепселно свързване и разполагат с усъвършенстван софтуер за наблюдение на температурата на процеса и програмиране на температурни граници. Научете как контролът на температурата при ултразвукова обработка позволява постигането на по-ефективни, възпроизводими и надеждни резултати!

Ултразвукови апарати на Hielscher с усъвършенстван контрол на температурата

Ултразвуковите апарати на Hielscher са оборудвани с усъвършенствани възможности за наблюдение и програмиране на температурата, които са от съществено значение за поддържане на прецизен контрол по време на ултразвуковите процеси. Всеки цифров модел ултразвуков апарат се доставя с температурен сензор с щепселно свързване, който позволява непрекъснато наблюдение на температурата чрез поставяне директно в течността. Този сензор измерва температурата в обема на течността в реално време, осигурявайки точни и последователни данни.
Усъвършенстваният софтуер, интегриран в ултразвуковите апарати на Hielscher, позволява на потребителите да задават определен температурен диапазон. Ако температурата превиши предварително зададената граница, ултразвуковият апарат автоматично спира временно. Той възобновява работата си само след като температурата спадне до безопасно, предварително зададено ниво. Това автоматично регулиране предотвратява прегряването, като защитава както пробата, така и оборудването.

Всички температурни показания, заедно с други критично важни данни за ултразвуковия процес, се записват автоматично върху вградена SD карта. Тази функция улеснява прегледа и цялостния контрол на процеса, като позволява на потребителите да преглеждат и анализират данните за постигане на оптимални резултати.

За процеси, изискващи допълнително регулиране на температурата, Hielscher предлага сонохимични реактори с охлаждащи ризи. Освен това могат да се интегрират топлообменници и охладителни агрегати, за да се гарантира поддържането на желаната температура в процеса.

Програмируемият импулсен режим е друга функция, предназначена да подпомага отвеждането на топлината при ултразвукова обработка. Този режим позволява на ултразвуковите апарати да работят периодично, като по този начин предотвратява непрекъснатото натрупване на топлина.

Всички цифрови модели ултразвукови апарати с мощност от 200 вата нагоре включват контрол на температурата за предотвратяване на прегряването на пробите по време на подготовката. Температурният сензор PT100 с щепселно свързване непрекъснато измерва температурата в пробите и предава тази информация на ултразвуковия апарат. След това системата автоматично спира временно при достигане на горната температурна граница и възобновява работата си само когато пробата се охлади до долната граница на зададения температурен диапазон.

Възможностите за контрол на температурата на ултразвуковите апарати на Hielscher, включително използването на температурния сензор PT100, осигуряват съществена функция за поддържане на прецизна и безопасна ултразвукова обработка. Тези функции гарантират, че оборудването работи в оптималния температурен диапазон, предотвратяват прегряването и осигуряват целостта на пробата през целия процес.

За значението на контрола на температурата при ултразвукова обработка

Контролът на температурата е от решаващо значение при ултразвукова обработка и сонохимични реакции. Необходимостта от контрол на температурата произтича предимно от изискването за запазване на целостта на пробите, защита на термочувствителните вещества и подобряване на ефективността на реакциите.

• Цялост на пробите
  На първо място, прецизният контрол на температурата помага за запазване на целостта на обработваните проби. Ултразвуковите вълни генерират значителни количества топлина чрез кавитация, при която микроскопични мехурчета в течността се свиват и колапсират бурно, създавайки локализирани високи температури. Ако температурата се повишава неконтролируемо, това може да доведе до разграждане или денатурация на чувствителни биологични проби, като протеини, нуклеинови киселини или други органични съединения. Поддържането на стабилна температура гарантира, че тези проби остават непокътнати и функционални през целия процес.
• Оптимална температура на процеса
  На второ място, много сонохимични реакции са силно зависими от температурата. Скоростта и резултатът от тези реакции могат да варират значително при промени в температурата. Чрез контролиране на температурата е възможно да се оптимизират реакционните условия, като се осигурят по-висока ефективност и по-добри добиви. Например някои реакции може да изискват по-ниски температури за предотвратяване на странични реакции или за стабилизиране на реактивни междинни продукти, докато други може да се нуждаят от по-високи температури за постигане на желаните скорости на реакция. Прецизното регулиране на температурата позволява фино настройване на тези условия, което води до по-постоянни и предвидими резултати.
• Равномерност на ултразвуковата обработка
  Освен това неконтролираното повишаване на температурата може да доведе до неравномерна ултразвукова обработка. С повишаването на температурата вискозитетът на течността може да се промени, което влияе върху разпространението на ултразвуковите вълни. Това може да доведе до неравномерна кавитация и непостоянна обработка, което потенциално води до слаба възпроизводимост и неоптимални резултати. Контролът на температурата гарантира, че физичните свойства на течността остават постоянни, като улеснява равномерното разпределение на ултразвуковата енергия.
• Контрол на температурата за безопасност
  Ефективното регулиране на температурата повишава безопасността. Неконтролираните високи температури, които не се наблюдават, могат да представляват риск за операторите и лабораторната среда. Прилагането на мерки за контрол на температурата гарантира, че средата за обработка остава безопасна и че всички потенциални опасности, свързани с прегряването, се ограничават.

Как да използвате ледена баня при ултразвукова обработка

При ултразвукова обработка в лабораторни чаши и на партиди използването на обикновена баня със студена вода, ледена вода или лед е утвърдено и ефективно средство за предотвратяване на повишаването на температурата в обработваната с ултразвук среда.
Подготовката на баня с ледена вода или лед за охлаждане на пробите по време на ултразвукова обработка е лесен процес, който помага за поддържане на постоянна и контролирана температурна среда, предотвратява прегряването и осигурява оптимални резултати. Тук ще ви преведем през стъпките за подготовка на ледена баня:

• Напълнете съда: Изберете съд, който е по-широк от лабораторната чаша за ултразвукова обработка. Напълнете съда приблизително до половината с лед. Натрошеният лед или кубчетата лед в студена вода са най-подходящи, тъй като тази смес осигурява по-добър контакт със съда с пробата и охлажда по-ефективно. Целта е да се създаде смес от лед и вода, която може да обгради напълно съда с пробата, осигурявайки равномерно охлаждане.
• Потопете съда с пробата: Поставете съда с пробата в средата на банята с ледена вода. Уверете се, че нивото на ледената водна баня достига поне до половината от височината на стените на съда с пробата, за да се осигури ефективно охлаждане. Ако пробата е много термочувствителна, потопете съда по-дълбоко, но не допускайте водата да навлезе в съда с пробата. Уверете се, че нивото на ледената вода не е твърде високо, така че ледена вода да не се плиска в пробата.
• Наблюдавайте температурата (по избор): Ако е необходим прецизен контрол на температурата, използвайте термометър, за да наблюдавате температурата на ледената баня. Цифровите ултразвукови апарати на Hielscher се доставят с температурен сензор PT100 с щепселно свързване. Сензорът PT100 измерва температурата непрекъснато и изпраща данните към ултразвуковия процесор. Можете да зададете температурна граница в менюто на ултразвуковия апарат. При достигане на зададената температурна граница ултразвуковият апарат автоматично спира временно, докато температурата на пробата спадне до зададената долна граница, след което продължава процеса на ултразвукова обработка.

 
Тази проста процедура създава ефективна баня с ледена вода или лед за поддържане на стабилна, хладна среда за вашите проби по време на ултразвукова обработка, като осигурява оптимална производителност и предотвратява прегряването.

Ултразвукови проточни клетки с охлаждаща риза

За ултразвукова обработка в поток Hielscher предлага проточни клетки с различни обеми и геометрии, оборудвани с охлаждаща риза.
Охлаждащата риза на ултразвуковата проточна клетка служи за регулиране на температурата по време на ултразвуковата обработка. Охлаждащата риза представлява камера, която обгражда проточната клетка и през която циркулира охлаждаща течност (обикновено вода, например охладена вода от водопроводната мрежа). Основната ѝ функция е да отвежда топлината, генерирана по време на ултразвуковата обработка, като поддържа пробата при желаната температура и предотвратява прегряването. Това е от решаващо значение за запазване на целостта на термочувствителните съединения и осигуряване на постоянни и надеждни резултати.
За разлика от охлаждането, ризата може да се използва и за нагряване на проточната клетка. Чрез циркулация на гореща вода вместо охлаждаща течност температурата на проточната клетка може да се повиши. Това е полезно за процеси, които изискват по-високи температури, като термоултразвуковата обработка. Термоултразвуковата обработка съчетава въздействието на топлината и ултразвуковите вълни, за да повиши ефективността на обработката. Например при пастьоризация на храни термоултразвуковата обработка може ефективно да намали микробното натоварване, като същевременно запазва качеството и хранителната стойност на храната. Прочетете повече за термоултразвуковата обработка!
Тази двойна функционалност на охлаждащата риза – осигуряване на възможности както за охлаждане, така и за нагряване – я превръща в универсално средство за различни приложения на ултразвуковата обработка.

Ултразвуков хомогенизатор UIP1000hdT с проточна клетка, оборудвана с охлаждаща риза за контрол на температурата на процеса по време на ултразвукова обработка.

Проектиране, производство и консултации – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати на Hielscher са добре известни с най-високите си стандарти за качество и проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Ултразвуковите апарати на Hielscher лесно се справят с тежки условия и взискателни среди.

Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителните ултразвукови апарати с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher са в съответствие с CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.

Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:

Ултразвуков хомогенизатор UIP1500hdT с проточна клетка, оборудвана с охлаждаща риза за контрол на температурата на процеса по време на ултразвукова обработка.

Литература / Източници

• Trindade, A.C., Carreto, M., Helgesen, G. et al. (2020): Photonic composite materials from cellulose nanorods and clay nanolayers. European Physical Journal of Special Topics 229, 2020. 2741–2755.
• Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34,2017. 540-560.
• Pameli Pal, Jugal K. Das, Nandini Das, Sibdas Bandyopadhyay (2013): Synthesis of NaP zeolite at room temperature and short crystallization time by sonochemical method. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 20, Issue 1, 2013. 314-321.